矿用电铲电气控制系统的发展

刘业平

摘要：矿用挖掘机主要用于大型露天矿的土壤、岩石、矿石、煤炭等挖掘，与矿用大汽车配套使用，可以满足大型露天煤矿、铁矿及有色金属矿山的剥离和采装作业。

关键词：矿用电铲；电气控制系统；故障排除

1.前言

矿用电机车在实际的运转过程会出现一些电气和机械方面的故障,直接影响到生产作业效果。

2.电铲的作业环境分析

电铲的工作环境十分恶劣,野外作业,高温、严寒、较大的日温差、震动、粉尘、连续作业,特别是在爆破不好或采矿作业面过高的情况下，还存在挖根底作业和突然的大面积塌方，经常出现过大的冲击载荷，甚至堵转。因此，对电气传动系统要求：不但要能够克服恶劣的自然条件，还要在工作时电气传动系统的机械特性曲线的包络面积大，有足够的有用功率;要求有良好的调速性能，能四象限运行，能快速地进行加、减速和反转，动态响应速度快;要求系统制动性能好，并能回收能量;要求系统运行可靠，维修方便等。只有达到这些要求，才能更好的实现设备的高效、低成本运行，企业才能取得良好的经济效益。

在工作的过程中,经常随机地遇到坚硬的石头或铲斗过满而过载,要求电枢电流不能超过电动机额定电流值,即要求电动机能自动限制堵转电流。堵转时无力,遇到大块无法铲起、拨动,或堵转电流失控,无法控制在设定值内,导致保护原件或是原动机发电机烧毁。当负载较轻时,异步电动机的转速基本不变,接近同步转速,当负载较大时,转速会下降,当负载超过最大转矩时,会出现垮转现象。这是直流发电机一电动机组系统无法克服的缺陷。因机组直流传动系统存在电能一机械能一电能转换,发电机到电动机之间能量转换很小,能量转换效率低,电能损耗大的缺陷。直流电机的碳刷等需要定期更换，加之大量的继电器的使用，使整个电气系统维护工作量大,维护工人工作环差，生产作业率低等缺点。

3.矿用挖掘机电气控制系统

3.1ＰＬＣ可编程逻辑控制器

矿用挖掘机电气控制系统采用ＰＬＣ可编程逻辑控制器，由于ＰＬＣ在应用中较为可靠和灵活，在自动控制领域应用越来越广泛。该系统采用高性能、高可靠的西门子Ｓ７系列可编程逻辑控制器作为挖掘机的控制核心，具有模块化、无风扇设计、易于实现分布、易于用户掌握等特点，广泛应用于自动控制的各个领域。ＣＰＵ中央处理单元作为控制系统的核心，具有大规模的程序存储容量；具有ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ和ＭＰＩ两个接口，易于系统的扩展，能够建立分布式Ｉ／Ｏ；数字量输入模块实现开关量信号的采集；数字量输出模块采用继电器输出，实现电气系统的自动控制；模拟量输入模块用于模拟信号的采集；ＳＭ３３８模块采集提升、推压限位编码器所测得提升、推压行程信息，实现提升、推压机构的限位保护；远程ＥＴ２００挂接在ＰＲＯＦＩＢＵＳＤＰ总线上，构成分布式控制网络，远程ＥＴ２００在挖掘机上的应用，大大减少了柜与柜之间的走线，同时也有效地减少了故障发生率。

3.2变频调速

矿用挖掘机调速系统采用交流变频调速系统，变频调速在低速运行时仍能保证系统对电网高的功率因数，６９０ＶＡＣ电源输入整流回馈单元，整流回馈单元通过公用直流母线与各机构逆变器相连，实现对各机构变频电动机转矩与速度的精确控制。采用交流变频调速系统具有如下特点：

1）效率高、节电。

2）功率因素可高达１，对电网无谐波污染。

3）交流电动机故障率低，设备出动率高。

4）技术先进，代表当今调速系统发展趋势。

3.3系统通讯

矿用挖掘机通讯系统采用ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ现场总线。ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ是一种国际化和开放式的标准现场总线，是一种优化的高速通讯总线，是专为分布式连接的系统而设计的。ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ采用双绞线，波特率从９．６ｋｂｐｓ到１２Ｍｂｐｓ。采用ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ现场总线通讯网络控制有以下优点：

1）信息交换量大、可编程、能够灵活方便地满足各种控制需求。

2）通过现场调试，可不断改进和完善控制方式。

3）１２Ｍ的通信速率和完善的校检功能使系统实时、可靠、高效。

4）ＰＲＯＦＩＢＵＳ是当今设备及自动化领域应用最广泛的现场总线。

ＰＬＣ实现的功能主要包括，控制整流回馈单元和逆变器的启动和停止、控制辅助电气系统的运行、控制加热系统和通风装置等的运行、实现提升和推压限位保护、实现系统故障的检测及报警输出等。

4.电气控制系统故障排除方法及措施

4.1启动类故障排除方法及措施

1)检查受电器是否发生断路，可能是由于弹力不足使滑板没有与架空线接角虫或电源线断线、接线端子松脱。2）检查牵引电动机的主磁极或换向磁极线圈是否断路，连接导线或接线端子是否断路，或电刷与换向器接触不良。3）检查自动开关的触头是否烧损脱落，电源导线是否折断，也可能是接线端子脱落或者线圈断路。4）检查电网电压是否过低，升高线路电压。5）启动电阻断路，更换启动电阻。6）由于控制器的主触头和辅助触头脱落或者接触不良，导线折断。

4.2调速类故障排除方法及措施

1)电动机启动速度过快的故障的排除方法及措施:a更换相同型号已短路的启动电阻。b.使用摇表检查电动机励磁绕子的绝缘情况，若确定励磁绕阻短路及时更换和维修电动机。2）电动机启动速度过慢的故障的排除方法及措施:a.使用排除法，逐级检查确定启动速度过慢的档位或者位置。b.检查相应过速位置上的起动电阻或者导线是否短路并及时维修处理。

4.3电机车电机故障排除方法及措施

1)电机车负载过大，减轻机车所带负载。2）合理安排电机车工作时间和频率，防止避免短时间内多次起动和长时间工作。3）使用摇表检查电机车电枢或励磁绕组的绝缘情况，若短路及时维修重新校正电刷的位置，确保在中性线上。4）检查电机车整流子表面是否有碳化现象并及时处理，检查碳刷压力是否正常并调节。5）检查电动机轴承由量是否过多，减少轴承润滑油的用量。

4.4其它电气控制系统故障排除方法及措施

1)电机车轮对轴承或抱轴承过热，排除方法及措施:a检查电机车轴承是否完好，更换已损坏的轴承。b.检查润滑油量，及时添加轴承润滑油;c.调整轴承间隙;d调整修配有关零部件。

2）照明灯不亮和发暗，排除方法及措施:a使用稳压器稳定照明电路的工作电压。b.检查灯头和灯开关的接触清况是否正常并加固或者更换。c.检查多管并联电路中的照明电阻是否断路并更换。d检查照明电路的保险丝是否烧毁并及时更换相同型号的保险丝。e.检查电机车照明电路各部分导线是否短路或异常断路并处理。

3）蓄电池电源的装置电压急剧下降，排除方法及措施:a检查电源装置的电机是否短路，并及时处理。b.检查蓄电也是否反接，并及时处理c.检查电源和蓄电也接点是否有氧化现象，及时处理。

5.结束语

矿用挖掘机应用于各大矿山，经过多年的实践检验，挖掘机控制和监控系统运行可靠，维护方便，故障率低，得到用户的一致好评。

参考文献

[1]李虹.变频调速在矿山节能中的应用[J].变频器世界,2016（8）：30

[2]王廷才,王伟.变频器原理及应用[M].机械工业出版社.2015